120 m2立盤過濾機(jī)傳動軸改進(jìn)

張 雯

（中國鋁業(yè)山東工程技術(shù)有限公司，山東淄博 255051）

1 存在的問題

GPL-120型120m2立盤過濾機(jī)（中國鋁業(yè)山東工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)）主要用于氧化鋁生產(chǎn)中的過濾工序，將固體顆粒與母液分離開，從而實現(xiàn)過濾目的。中國鋁業(yè)山東工程技術(shù)有限公司某下屬企業(yè)使用2臺該型號的立盤過濾機(jī)，經(jīng)過一段時間運行，出現(xiàn)2個問題：①設(shè)備運行平穩(wěn)性較差，振動較大；②設(shè)備運轉(zhuǎn)率較低，軸承壽命較短。

2 120 m2立盤過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)

（1）槽體。槽體由鋼板焊接而成，用于儲存料漿。槽體上有進(jìn)料口和卸料口，濾布洗滌管。

（2）傳動部分。主傳動電機(jī)采用變頻調(diào)速電機(jī)，電機(jī)通過皮帶傳動和減速機(jī)連接，減速機(jī)直接和傳動軸的傳動軸相連接，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。

（3）過濾盤。過濾盤是實現(xiàn)過濾作用的機(jī)構(gòu)，整機(jī)共有3個濾盤，每個由48塊扇形板構(gòu)成一個圓盤，用保持架、螺栓和環(huán)形支撐架固定在主傳動軸上，每塊扇形板外面包有濾布。

（4）分配頭。分配頭用以實現(xiàn)過濾機(jī)過濾過程的過濾、干燥和吹落等3個階段，傳動軸每轉(zhuǎn)一周，過濾機(jī)便完成一次過濾過程。

（5）傳動軸。傳動軸用以濾液流通和帶動過濾盤，傳動軸有24個隔開的密封腔，與3個過濾盤的扇形板相通。

3 問題分析

該設(shè)備傳動軸組成：①驅(qū)動軸，驅(qū)動軸一端連接減速機(jī)，另一端連接中心軸，兩端均為平鍵連接。②中心軸，中心軸上裝有濾板，軸上空腔內(nèi)有濾液流動。③分配頭軸，該軸連接中心軸與軸承座，其與中心軸也采用平鍵連接。由此可見，若將傳動軸兩側(cè)軸承座位置視為固定端，則驅(qū)動軸與分配頭軸均為懸臂梁，這兩段軸在與中心軸連接位置將產(chǎn)生較大變形。

分析驅(qū)動軸的變形，為簡化模型，不考慮設(shè)備運轉(zhuǎn)過程的過濾、干燥和吹落等3個階段產(chǎn)生的交變載荷，而是將其折算為靜載荷，分析靜載荷狀態(tài)下驅(qū)動軸的變形。圖1為應(yīng)用ANSYS軟件建立的驅(qū)動軸模型。在建模時，簡化了軸肩等對變形影響不大的細(xì)節(jié)。圖2為劃分網(wǎng)格及施加載荷的情況，在分析時，將軸承位置簡化為固定端約束，將中心軸對驅(qū)動軸的載荷簡化為均布載荷作用于軸的表面。圖3為ANSYS軟件的分析結(jié)果，分析時，考慮到施加載荷為面載荷，經(jīng)計算，取應(yīng)力q=2.33×106Pa。分析結(jié)果可知，軸端最大變形量為2 mm。為驗證結(jié)論可靠性，用材料力學(xué)的知識進(jìn)行復(fù)核驅(qū)動端軸的最大撓度。為簡化計算，將兩段軸直徑統(tǒng)一為200 mm。驅(qū)動端軸受力簡圖如圖4所示。

圖1 驅(qū)動軸模型

圖2 驅(qū)動軸劃分網(wǎng)格及加載

圖3 軸變形結(jié)果

圖4 驅(qū)動端軸受力簡圖

由以上結(jié)果分析可知，在靜載荷作用下，驅(qū)動端軸最大變形為2 mm。在復(fù)雜的工況條件下，立盤過濾機(jī)傳動軸部分的同軸度將無法保證，且中心軸的兩側(cè)軸孔將在設(shè)備運行過程中產(chǎn)生較大變形，嚴(yán)重影響軸承壽命，最終導(dǎo)致設(shè)備無法正常運轉(zhuǎn)。

4 改進(jìn)方案

為了減少軸的變形，采取在驅(qū)動軸與分配頭軸之間采用厚壁鋼管焊接的方式將它們連接在一起以提高傳動軸部分的剛度。主要改造內(nèi)容如下。

（1）驅(qū)動軸。驅(qū)動軸與中心軸連接端增加一段Φ200 mm×160 mm的軸伸，以方便與鋼管焊接。

（2）分配頭軸。取消與中心軸連接的鍵槽，改為用鋼管傳遞扭矩，并且同樣增加一段Φ200 mm×160 mm的軸伸，以方便與鋼管焊接。

（3）無縫鋼管。改造采用規(guī)格為Φ200 mm×20 mm無縫鋼管，用其連接驅(qū)動軸與分配頭軸。制作時在鋼管端部開15 mm×15 mm的焊接坡口，且在端部制作4個寬40 mm、長100 mm的長形孔，并與兩段軸堆焊在一起，以增強(qiáng)連接強(qiáng)度，鋼管如圖5所示。改進(jìn)后，仍采用ANSYS軟件計算軸的變形。圖6為應(yīng)用ANSYS劃分網(wǎng)格并加載的軸的有限元模型。軸的變形結(jié)果見圖7，從中可以看出，在與中心軸接觸的部位，軸的變形只有1mm，較好地減少了軸的變形。

圖5 無縫鋼管

圖6 劃分網(wǎng)格及加載后的軸

圖7 軸的變形結(jié)果

5 結(jié)論

改進(jìn)后的120 m2立盤過濾機(jī)提高了設(shè)備可靠性和運轉(zhuǎn)率，對同類設(shè)備的改進(jìn)有借鑒意義。

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